地铁列车LM型踏面镟修参数的优化

3 刀具寿命的提高方法
在踏面车削的过程中，硬质合金刀具的主要损坏形式有磨损、崩刃、碎断。引起刀具损 坏的主要因素包括切削力、切削热、冲击振动等。而减小切削力、切削热和冲击的途径有优 化刀具几何参数和改变切削用量、改善散热条件以及增加机床刚度等。由于 C8011 数控踏 面车床的刀具已经确定，所以最现实的方法是改变切削用量。根据切削力的经验公式：
地铁列车 LM 型踏面镟修参数的优化
周光富 陈辉 天津 30022 天Fra Baidu bibliotek地下铁道运营有限公司
摘要：踏面镟修时，合理的镟修参数不但可以降低生产成本，并且能提高刀具的寿命。本文 以对踏面的各种重要缺陷（裂纹、擦伤、局部凹陷、剥离以及磨损）的分析为基础，结合相 关经验与理论来选择合理的镟修参数。 关键词：踏面；缺陷；切削用量；优化；镟修 中图分类号： U231 文献标识码： A
2.1 切削厚度的合理选择
2.1.1 表面缺陷的影响 通过对 103 条轮对镟修的观察，平均切削厚度约为 4.8mm，消除缺陷（不包括裂纹） 的有效切削厚度一般为 2mm 左右，加上表面约 1mm 的硬皮，过度切削量达到 1.8mm 左右。 尤其是动车，由于其运行过程中以电制动为主，其轮缘磨耗较拖车轮缘磨耗要大。 2.1.2 轮缘尺寸的影响 轮缘尺寸是一个重要的尺寸，现在使用的是铁道部规定的 LM26、LM28、LM30、LM32 尺寸样板。在计算机的仿真试验中，轮缘的实际尺寸和要加工成型的尺寸越接近，切削厚度 就越小。通过长期大量的应用，我们发现，轮缘厚度增加 1mm，车轮直径减少 4.5mm。 2.1.3 裂纹的影响 所有裂纹中热裂纹所占比例最大， 热裂纹主要是由于车辆制动过程中摩擦生热和缓解后 迅速降温所引起的热胀冷缩所导致的内应 力而产生的。当裂纹顶端张开 量 达到 0.15 ～ 0.20mm 时，裂纹将迅速扩张[4]。裂纹不仅会导致切削过程的冲击，而且会较大的增加切削 厚度。裂纹深度的判断有一个经验公式： 裂纹深度 （mm） ≈裂纹长度(mm)× 0.15[4] 不过这个公式对于热裂纹仅能作为参考。 2.1.4 切削厚度的选择 切削厚度的选择应分为两种情况。一、没有裂纹时的情况，切削厚度可以根据公式⑴计 算来恢复踏面的几何形状，因为其计算结果几乎都要大于踏面表面的缺陷深度；二、当按照 公式⑴镟修后不能完全消除踏面表面缺陷时， 根据具体情况以较小的镟修量进行切削， 根据 经验，一般为 1.5-2mm 左右；三、有裂纹时，切削厚度应该根据裂纹深度来确定，并选择 适当的模板，可以参考公式⑶。需要注意的是，当根据公式⑶判断裂纹深度已超过轮辋厚度 的下限时，经检验后可报废处理，减少不必要的成本。 ⑶
轮轮缘尺寸是重要参数且磨耗较大， 尤其是恢复轮缘对踏面径向镟修量影响很大， 所以所需 要的最低镟修用量可以用下式表达： 镟修量≈轮缘厚度磨耗量×4.5 轮缘厚度磨耗量 =轮缘的标准厚度-轮缘的实际厚度 ⑴ ⑵
2 镟修参数的优化
镟修参数的优化主要从两个方面考虑：一、使切削厚度的选择尽量合理，不过度切削。 二、减小切削力、切削热和冲击，减小刀具的磨损和破损，提高刀具寿命。
4 结论
本文总结了车轮踏面镟修过程中提高刀具寿命和减小过度切削的方法： ⑴在踏面缺陷严重时， 在选定背吃刀量的基础上， 低的切削速度和小的进给量可以有效地降 低冲击，减小切削力。 ⑵在轮辋厚度离下限较近时，根据公式⑵可以初步判断裂纹深度是否过限。 ⑶在踏面状态较好时，可以根据公式⑴来选择背吃刀量。 ⑷在踏面缺陷严重时，可以选择多次逐层切削，可有效地减小冲击和切削力。 ⑸在选择轮缘宽度样板时，尽量选择与未加工轮缘尺寸相近的的样板。 参考文献： [1]王文健 .刘启跃 .车轮踏面剥离机理研究 [J].机械.2004(1) [2]郭俊 .王文健.张 伟.刘启跃.车轮踏面剥离试验研究[J].铁道车辆。 2004（ 4）
1 车轮踏面的切削
1.1 车轮踏面的种类
根据踏面的几何形状的不同，可以分为锥形踏面、LM 磨耗型踏面、S1002 型踏面等。 LM 磨耗型踏面。本文主要针对 LM 磨耗型踏面旋削的优化。
1.2 车轮镟修的要点
在车辆运行时，会产生冲击、蛇形、空转、摩擦等。在踏面与钢轨接触处产生局部性的 磨损。而车削踏面时，不但要消除踏面上的硬皮和缺陷，还要恢复踏面的几何形状。由于车
Fc c fc a p f y v n K fc [9]
其中， 切削速度 v 的指数几乎为零， 这说明切削速度对切削力的影响很小。 而切削热的公式：
x
C v z f y a p
x [9]
其中切削速度的系数最大，背吃刀量 a p 的系数最小， 这说明切削速度对切削热的影响最大， 而被吃刀量变化时，散热面积和产生的热量亦作相应的变化，故其系数最小[9]。所以综合考 虑各种因素的影响， 在加工状态较好的轮对时 （没有裂纹、 擦伤的缺陷， 仅有踏面上的磨耗） ， 可以选择较大的背吃刀量、 进给量和适当的切削速度， 减小刀具的磨损并防止切削瘤的发生； 在有裂纹，擦伤等缺陷时，应选用较低的切削速度，较小的背吃刀量，小的进给量以减小切 削力和冲击。若在裂纹较宽，擦伤较严重等情况下，可以变一次成型车削为多次逐层切削。
0 前言
为了保证地铁车辆的运行安全， 提高车轮的使用寿命， 公司对车轮踏面的修复提出了更 高的要求，本文主要内容是针对地铁车辆上广泛使用的 LM 磨耗型踏面的镟修提出优化方 法。 LM 磨耗型踏面车轮的相关参数：合格轮径范围 Φ760～ 840mm；同一轮对的轮径差不 大于 1mm；同一车轮相互垂直直径差不大于 0.5mm；轮缘厚度 26～ 33mm；轮缘高度 26～ 28mm；轮辋厚度不小于 28mm。踏面镟修的目标是：1、恢复 LM 磨耗型踏面的几何形状并 保证表面质量和尺寸精度。2、尽可能的减少切削量。因为镟修时，轮辋厚度每减少一毫米， 车轮价值就会减少约 500 多元（以轮对综合成本计算） ，车轮寿命也会减少。根据抽样统计， 在实际的生产过程中，刀具的损坏形式主要是磨损、崩刃和碎断。减少切削用量不但能减少 或消除过度切削，还能减少刀具的磨损破损，节约成本。因此对切削用量的优化有其实际意 义。
[3]周力 .车轮踏面数控加工系统的研究[D].武汉市:华中科技大学.2004 [4]奥山 .雅贵.车轮踏面镟修量判定的研究 [J].国外机车车辆工艺.2009(1) [5]左智勇 .詹益清 .王庆.谢科 .袁正超 .潘阳云.袁旦.关于数控车轮车床中的激光测量和切削优 化方法的研究 [R]. 哈尔滨:第十届全国电气自动化控制系统学术年会 .2000 [6]岳刚 .货车车轮踏面擦伤故障分析及对策 [J].铁道机车车辆。 2000(4) [7]范中胜 .减少双层客车轮对擦伤的探讨 [J].铁道运营技术。 1996(2) [8]蒋芳政 .对车轮镟修时对切削量选值的探讨 [J].铁道车辆.2006(12) [9]卢秉恒 .赵万华 .洪军.机械制造技术基础 [M].北京 :机械工业出版社.2008 [10]管原繁夫 [日 ].轮对的设计 [J].国外铁道车辆.1983
Abstract: When the wheel tread is in turning, the appropriate machining data can not only reduce the production cost, but also prolong the life of the cutting tools. This text illustrate a way to choose the appropriate machining data on the analysis of all kinds of important lacunas(fissures 、 contusion，local dent，spalling and abrasion) KEY words: wheel spread; lacuna; machining data; optimization; turning